涤纶纤维增强聚乙烯复合管承压性能模拟

发布时间：2021-08-28 02:44

　　针对纤维增强塑料复合管实物承压性能测试工作量大、成本高以及影响因素不明确等问题,采用有限元模拟分析法研究了复合管生产工艺对承压性能的影响。依据公称直径150 mm、公称压力2.5 MPa涤纶纤维增强塑料复合管的结构及材料特征,采用Halpin-Tsai模型法建立了复合管的有限元模型,研究了纤维铺层数量、纤维缠绕角度以及内衬层壁厚等工艺参数对复合管承压性能的影响。结果表明,采用建立的复合管模型模拟计算的管材爆破压力为11.105 MPa,与实物管材水压爆破值10.75 MPa的相对误差仅为3.302%。增加纤维层的数量、纤维缠绕角度以及内衬层壁厚均可提高复合管的承压性能。综合考虑制造成本和生产效率,分析获得涤纶纤维增强聚乙烯复合管最佳生产工艺参数为纤维铺层数为4层、纤维缠绕角为56°、内衬层最小壁厚为9 mm。 

【文章来源】：工程塑料应用. 2020,48(08)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

纤维增强聚乙烯复合管有限元模型

由模拟结果可知,涤纶纤维层是复合管的承压主体,因此采用上述模型研究了不同纤维铺层数量对复合管爆破强度的影响。图5为复合管内径保持148 mm不变的条件下,爆破压力随纤维层数的变化规律。可以看出,复合管的爆破压力随纤维层数的增加逐步上升。当纤维层数由2层增加到8层时,复合管的爆破压力由6.677 MPa上升到20.78 MPa。依据SY/T 6662.2–2012标准要求,复合管的爆破压力应大于等于3倍公称压力。当纤维层数为4层时,该复合管的爆破压力为11.105 MPa (大于3倍公称压力7.5 MPa),综合考虑制造成本和生产效率,确定选择4层纤维铺层即可满足DN150/PN2.5 MPa复合管的制造要求。2.2 纤维缠绕角度对复合管承压性能的影响

管道整体采用C3D8R单元划分网格。采用复合材料均质化Halpin-Tsai模型法[16]模拟增强层,即将整个增强层视为一种正交各向异性的均值材料交错缠绕而成,4层涤纶纤维以缠绕角度55°由内向外堆叠,如图2所示。(3)边界条件与载荷确定。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]油气产业用增强热塑性复合管研究进展[J]. 王大鹏,刘美苓,姜焕英,孙岩,王庆昭.  中国塑料. 2017(07)
[4]海洋复合柔性管发展及应用现状[J]. 潜凌,李培江,张文燕.  石油矿场机械. 2012(02)



本文编号：3367627